Высокотемпературный синтез литой карбидной и боридной керамики с использованием хроматов кальция методами СВС-металлургии

Для получения карбидов и боридов хрома методом СВС-металлургии с использованием хроматов кальция были выбраны следующие химические схемы: CaCrO₄ + Al + n1C - ˃ CrₓCy + Al₂O₃ + CaO, где количество углерода (n1) бралось из расчёта для получения Cr₂₃C₆ (1,4%вес.), Cr₇C₃ (2,4%вес.), Cr₃C₂ (3,7%вес.); CaCr₂O₇ + Al + n2C+˃ CrₓCy + Al₂O₃ + CaO, где также количество углерода (n2) бралось из расчёта для получения Cr₂₃C₆ (1,6 %вес.), Cr₇C₃ (2,8%вес.), Cr₃C₂ (4,2%вес.); CaCrO₄ + Al + n1B - ˃ CrₓBy + Al₂O₃ + CaO, где количество бора (n1) бралось из расчёта для получения Cr₂B (2,5%вес.), CrB (4,9%вес.), Cr₃B₄ (6,4%вес), CrB₂ (9,3% вес.); CaCr₂O₇ + Al + n2B =˃ CrₓBy + Al₂O₃ + CaO, где количество бора (n2) бралось из расчёта для получения Cr₂B (2,9%вес.), CrB (5,6%вес.), Cr₃B₄ (7,3%вес.), CrB₂ (10,6%вес.). Адиабатическую температуру горения и предполагаемый состав конечных продуктов рассчитывали на персональном компьютере по специальной программе THERMO. Расчет показал, что температура горения смесей выше температуры плавления конечных продуктов, что позволяет получать их в литом виде. Были проведены эксперименты с выбранными смесями и отработаны режимы синтеза для получения целевого продукта. Изучены закономерности горения и химического превращения высокоэкзотермических смесей CaCrO₄/Al/С. Определены оптимальные условия выхода целевого продукта в слиток. Cмеси горят в широком диапазоне содержания C. Было установлено, что углерод участвует в восстановительной реакции. Для минимизации участия углерода в реакции был увеличен размер частиц до 400 мкм. Для исключения фазы Cr₂AlC, которая образуется из-за непрореагировавшего алюминия, было увеличено на 15% содержание углерода. Синтез смесей состава CaCr₂O₇/Al/С показал, что полученные продукты состоят из смеси карбидов хрома и не содержат фазу Cr₂AlC. В системе Cr - B были изучены закономерности горения и химического превращения высокоэкзотермического состава CaCr₄O₄/Al/B. Определены оптимальные условия и состав смеси для максимального выхода целевого продукта. Показано, что смеси способны гореть в широком диапазоне содержания B. В волне горения протекают конкурирующие химические реакции Al и B с продуктами разложения CaCrO₄ (Cr₂O₃ и O₂) с образованием Cr, Al₂O₃, B₂O₃ и последующее взаимодействие Cr c B и Al. В проведенных экспериментах химическое превращение завершается образованием двухфазного расплава продуктов горения, «металлического» (Cr - B - Al) и оксидного (Al₂O₃ - CaO - B₂O₃ - Cr₂O₃) с гравитационным разделением слоев и последующей их кристаллизацией.